JP6786052B2 - Manufacturing method of ε-caprolactam - Google Patents
Manufacturing method of ε-caprolactam Download PDFInfo
- Publication number
- JP6786052B2 JP6786052B2 JP2016564094A JP2016564094A JP6786052B2 JP 6786052 B2 JP6786052 B2 JP 6786052B2 JP 2016564094 A JP2016564094 A JP 2016564094A JP 2016564094 A JP2016564094 A JP 2016564094A JP 6786052 B2 JP6786052 B2 JP 6786052B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acid
- solvent
- catalyst
- hydrogen
- reaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/02—Preparation of lactams
- C07D201/08—Preparation of lactams from carboxylic acids or derivatives thereof, e.g. hydroxy carboxylic acids, lactones or nitriles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/02—Boron or aluminium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/04—Alumina
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/063—Titanium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/066—Zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/06—Silicon, titanium, zirconium or hafnium; Oxides or hydroxides thereof
- B01J21/08—Silica
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/20—Vanadium, niobium or tantalum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/24—Chromium, molybdenum or tungsten
- B01J23/26—Chromium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/42—Platinum
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/44—Palladium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/464—Rhodium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/466—Osmium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
- B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
- B01J23/46—Ruthenium, rhodium, osmium or iridium
- B01J23/468—Iridium
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/72—Copper
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C59/00—Compounds having carboxyl groups bound to acyclic carbon atoms and containing any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, groups, groups, or groups
- C07C59/235—Saturated compounds containing more than one carboxyl group
- C07C59/245—Saturated compounds containing more than one carboxyl group containing hydroxy or O-metal groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D223/00—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having one nitrogen atom as the only ring hetero atom
- C07D223/02—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having one nitrogen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings
- C07D223/06—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having one nitrogen atom as the only ring hetero atom not condensed with other rings with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
- C07D223/08—Oxygen atoms
- C07D223/10—Oxygen atoms attached in position 2
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
- C07B61/00—Other general methods
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
- Other In-Based Heterocyclic Compounds (AREA)
- Catalysts (AREA)
Description
本発明は、ポリアミドの原料となるε−カプロラクタムの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing ε-caprolactam, which is a raw material for polyamide.
ε−カプロラクタムは、ポリアミドなどの原料となる重要な化学原料であり、世界中で工業的に生産され、そのほとんどがポリアミドであるナイロン6の原料として使用されている。 ε-Caprolactam is an important chemical raw material used as a raw material for polyamides and the like, and is industrially produced all over the world, and most of them are used as a raw material for nylon 6 which is a polyamide.
ε−カプロラクタムの工業的製法としては、シクロヘキサノンオキシムから発煙硫酸によるベックマン転位反応を用いる製造方法が広く採用されている。この製法では原油が大元の原料であるが、将来的な化石資源の枯渇懸念や、化石資源の採掘と使用により排出される温室効果ガスによる地球温暖化の問題から、代替の原料を使用するε−カプロラクタムの製造方法の開発が必要である。なかでも、再生可能資源であるバイオマス、あるいはバイオマス資源から誘導可能な物質からε−カプロラクタムを製造する方法の開発が求められている。 As an industrial production method for ε-caprolactam, a production method using a Beckmann rearrangement reaction from cyclohexanone oxime with fuming sulfuric acid is widely adopted. Crude oil is the main raw material for this manufacturing method, but alternative raw materials are used due to concerns about future depletion of fossil resources and global warming caused by greenhouse gases emitted from the mining and use of fossil resources. It is necessary to develop a method for producing ε-caprolactum. In particular, the development of a method for producing ε-caprolactam from biomass, which is a renewable resource, or a substance derived from the biomass resource is required.
特許文献1には、不均一系触媒およびtert−ブタノールの存在下、アジピン酸を水素およびアンモニアと反応させて、ε−カプロラクタムを製造する方法が開示されている。特許文献2、非特許文献1に開示されているように、アジピン酸は糖から発酵生産することができる、バイオマス資源から誘導可能な物質である。 Patent Document 1 discloses a method for producing ε-caprolactam by reacting adipic acid with hydrogen and ammonia in the presence of a heterogeneous catalyst and tert-butanol. As disclosed in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1, adipic acid is a substance that can be fermentatively produced from sugar and can be derived from biomass resources.
また、特許文献3には、触媒の存在下、ムコン酸を水素およびアンモニアと反応させて、ε−カプロラクタムを製造する方法が開示されている。特許文献4に開示されているように、ムコン酸はグルコースから発酵生産することができる、バイオマス資源から誘導可能な物質である。 Further, Patent Document 3 discloses a method for producing ε-caprolactam by reacting muconic acid with hydrogen and ammonia in the presence of a catalyst. As disclosed in Patent Document 4, muconic acid is a substance that can be fermentatively produced from glucose and can be derived from a biomass resource.
3−オキソアジピン酸はカルボニル基を有する炭素数6のジカルボン酸である。特許文献5には、プロトカテク酸またはバニリン酸から3−オキソアジピン酸を発酵生産する方法が開示されている。非特許文献2には、植物の主成分であるリグニンの分解によりプロトカテク酸およびバニリン酸を得られることが示されている。また、非特許文献3にはグルコースからプロトカテク酸を発酵生産する方法が開示されている。これらのことから、3−オキソアジピン酸は、リグニンや糖からも誘導可能であるといえる。 3-oxoadipic acid is a 6-carbon dicarboxylic acid having a carbonyl group. Patent Document 5 discloses a method for fermenting and producing 3-oxoadipic acid from protocatechuic acid or vanillic acid. Non-Patent Document 2 shows that protocatechuic acid and vanillic acid can be obtained by decomposing lignin, which is a main component of plants. In addition, Non-Patent Document 3 discloses a method for fermenting and producing protocatechuic acid from glucose. From these facts, it can be said that 3-oxoadipic acid can also be derived from lignin and sugar.
特許文献6には、触媒および溶媒の存在下、3−オキソアジピン酸を水素と反応させて、3−ヒドロキシアジピン酸を製造する方法が開示されている。 Patent Document 6 discloses a method for producing 3-hydroxyadipic acid by reacting 3-oxoadipic acid with hydrogen in the presence of a catalyst and a solvent.
特許文献1に開示されている方法により、アジピン酸からε−カプロラクタムを製造することができる。しかし、アジピン酸はバイオマス資源から誘導する際の効率が低いと考えられ、バイオマス資源のε−カプロラクタム原料として好適とはいえない。例えば、特許文献2には、グルコースからアジピン酸を発酵生産するための方法が開示されているが、アジピン酸を実際に製造した例は記載されておらず、アジピン酸を実際に製造できるかは不明である。一般に、微生物を用いて物質生産を行う場合、細胞内のNADHとNAD+の比によって決定される酸化還元バランスが維持されることが望ましいとされるところ、本文献の記載によれば酸化還元バランスが維持されないと考えられることから、この方法でアジピン酸を製造することは困難であると推測される。また、非特許文献1に開示されている方法では、グルコースを基準としたアジピン酸の収率は0.008モル%と低い。Ε-Caprolactam can be produced from adipic acid by the method disclosed in Patent Document 1. However, adipic acid is considered to have low efficiency in deriving from biomass resources, and is not suitable as a raw material for ε-caprolactam of biomass resources. For example, Patent Document 2 discloses a method for fermentatively producing adipic acid from glucose, but does not describe an example in which adipic acid is actually produced, and whether or not adipic acid can be actually produced is not described. It is unknown. In general, when a substance is produced using a microorganism, it is desirable that the redox balance determined by the ratio of intracellular NADH and NAD + is maintained. However, according to the description in this document, the redox balance is maintained. It is presumed that it is difficult to produce adipic acid by this method because it is considered that the adipic acid is not maintained. Further, in the method disclosed in Non-Patent Document 1, the yield of adipic acid based on glucose is as low as 0.008 mol%.
特許文献3に開示されている方法では、ムコン酸からε−カプロラクタムを製造することができる。しかし、ムコン酸はバイオマス資源から誘導する際の効率が低く、ε−カプロラクタム原料として好適とはいえない。特許文献4には開示されている方法では、グルコースを基準としたムコン酸の収率は30モル%と低く、十分に満足できる値ではない。 By the method disclosed in Patent Document 3, ε-caprolactam can be produced from muconic acid. However, muconic acid has low efficiency in deriving from biomass resources and is not suitable as a raw material for ε-caprolactam. In the method disclosed in Patent Document 4, the yield of muconic acid based on glucose is as low as 30 mol%, which is not a sufficiently satisfactory value.
一方、3−オキソアジピン酸はバイオマス資源から高い効率で誘導することが可能である。特許文献5に開示されている方法によれば、リグニン分解物であるプロトカテク酸またはバニリン酸を基準とした3−オキソアジピン酸の収率は100モル%である。非特許文献3に開示されている方法では、グルコースを基準としたプロトカテク酸の収率は50モル%である。以上のことから、3−オキソアジピン酸は、リグニン分解物またはグルコースから高い効率で誘導することが可能な物質であり、バイオマス資源から誘導可能なε−カプロラクタムの原料として好適であると思われる。 On the other hand, 3-oxoadipic acid can be derived from biomass resources with high efficiency. According to the method disclosed in Patent Document 5, the yield of 3-oxoadipic acid based on the lignin decomposition product protocatechuic acid or vanillic acid is 100 mol%. In the method disclosed in Non-Patent Document 3, the yield of protocatechuic acid based on glucose is 50 mol%. From the above, 3-oxoadipic acid is a substance that can be derived from a lignin decomposition product or glucose with high efficiency, and is considered to be suitable as a raw material for ε-caprolactam that can be derived from a biomass resource.
しかし、3−オキソアジピン酸をε−カプロラクタムに変換する方法についてはこれまで報告がない。3−オキソアジピン酸は、アジピン酸、ムコン酸と類似した炭素数6のジカルボン酸を基本構造とする化合物であるが、本願明細書の比較例1に示すように、特許文献3に記載の方法を3−オキソアジピン酸にそのまま適用したが、ε−カプロラクタムは全く生成しないことが分かった。つまり、ムコン酸をε−カプロラクタムに変換する方法が、3−オキソアジピン酸にそのまま適用できるわけではないことが明らかになった。 However, there has been no report on how to convert 3-oxoadipic acid to ε-caprolactam. 3-oxoadipic acid is a compound having a basic structure of a dicarboxylic acid having 6 carbon atoms similar to adipic acid and muconic acid, but as shown in Comparative Example 1 of the present specification, the method described in Patent Document 3 Was applied as is to 3-oxoadipic acid, but it was found that ε-caprolactam was not produced at all. In other words, it became clear that the method of converting muconic acid to ε-caprolactam cannot be directly applied to 3-oxoadipic acid.
本発明は、バイオマス資源として好適である3−オキソアジピン酸から、ε−カプロラクタムを製造する方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for producing ε-caprolactam from 3-oxoadipic acid, which is suitable as a biomass resource.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、スキーム1に示すように3−オキソアジピン酸を、水素存在下において触媒および溶媒と混合する工程(工程1)と、工程1の生成物を水素およびアンモニアと反応させる工程(工程2)を順に実施することにより、ε−カプロラクタムを製造できることを見出し、発明を完成するに至った。 As a result of diligent research to solve the above problems, the present inventors have conducted a step (step 1) of mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen as shown in Scheme 1 and a step (step 1). It was found that ε-caprolactam could be produced by sequentially carrying out the steps (step 2) of reacting the product of No. 1 with hydrogen and ammonia, and the invention was completed.
すなわち、本発明は、次の(1)〜(11)を提供する。
(1)3−オキソアジピン酸及びその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を、水素存在下かつアンモニアの実質的な非存在下において触媒および溶媒と混合して3−ヒドロキシアジピン酸を生成させる工程である工程1と、工程1の生成物である3−ヒドロキシアジピン酸、その塩若しくはカルボン酸誘導体又はこれらの混合物を水素およびアンモニアと反応させる工程である工程2とを含む、ε−カプロラクタムの製造方法。
(2)前記溶媒が、水系溶媒または極性値0以上0.3以下の有機溶媒である、(1)に記載の方法。
(3)前記溶媒が、エーテル系溶媒およびエステル系溶媒からなる群から選ばれる少なくとも1種を主として含む有機溶媒である、(1)または(2)に記載の方法。
(4)前記溶媒が、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、酢酸エチルから選ばれる少なくとも1種を主として含む有機溶媒である、(1)から(3)のいずれかに1項に記載の方法。
(5)前記工程1を、下記(i)または(ii)に示す条件下で行う、(1)から(4)のいずれか1項に記載の方法。
(i)水系溶媒中、反応温度0℃以上50℃以下
(ii)極性値0以上0.3以下の有機溶媒中、反応温度0℃以上75℃未満
(6)前記工程2を触媒の存在下で行う、(1)から(5)のいずれかに1項に記載の方法。
(7)前記工程1および/または2の触媒が、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、レニウム、ニッケル、イリジウム、オスミウム、銅およびクロムからなる群から選ばれる1種または2種以上の金属を含む、(1)から(6)のいずれか1項に記載の方法。
(8)前記金属が、アルミナ、炭素、シリカ、チタニア、ジルコニア、酸化タンタル、酸化ニオブ、およびゼオライトからなる群より選ばれる少なくとも1種の担体に担持されている、(7)に記載の製造方法。
(9)前記工程1および工程2の水素の分圧が、常温、ゲージ圧で0.1MPa以上10MPa以下である、(1)から(8)のいずれか1項に記載の製造方法。
(10)前記工程2の反応温度が、150℃以上280℃以下である、(1)から(9)のいずれか1項に記載の製造方法。
(11)3−オキソアジピン酸及びその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種を、水素存在下かつアンモニアの実質的な非存在下、下記(i)または(ii)に示す条件において、触媒と混合することによる、3−ヒドロキシアジピン酸の製造方法。
(i)水系溶媒中、反応温度0℃以上50℃以下
(ii)極性値0以上0.3以下の有機溶媒中、反応温度0℃以上75℃未満
That is, the present invention provides the following (1) to (11).
(1) At least one selected from the group consisting of 3-oxoadipic acid and a salt thereof is mixed with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen and in the substantially absence of ammonia to produce 3-hydroxyadipic acid. Ε-caprolactam comprising step 1 which is a step and step 2 which is a step of reacting 3-hydroxyadipic acid, a salt or carboxylic acid derivative thereof, which is a product of step 1, or a mixture thereof with hydrogen and ammonia. Production method.
(2) The method according to (1), wherein the solvent is an aqueous solvent or an organic solvent having a polarity value of 0 or more and 0.3 or less.
(3) The method according to (1) or (2), wherein the solvent is an organic solvent mainly containing at least one selected from the group consisting of an ether solvent and an ester solvent.
(4) Item 1 in any one of (1) to (3), wherein the solvent is an organic solvent mainly containing at least one selected from tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, diglyme, and ethyl acetate. The method described.
(5) The method according to any one of (1) to (4), wherein the step 1 is performed under the conditions shown in (i) or (ii) below.
(I) Reaction temperature 0 ° C or higher and 50 ° C or lower in an aqueous solvent (ii) Reaction temperature 0 ° C or higher and lower than 75 ° C in an organic solvent with a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower (6) The step 2 is performed in the presence of a catalyst. The method according to any one of (1) to (5), which is carried out in 1.
(7) The catalyst of steps 1 and / or 2 comprises one or more metals selected from the group consisting of palladium, platinum, ruthenium, rhodium, rhenium, nickel, iridium, osmium, copper and chromium. The method according to any one of (1) to (6).
(8) The production method according to (7), wherein the metal is supported on at least one carrier selected from the group consisting of alumina, carbon, silica, titania, zirconia, tantalum oxide, niobium oxide, and zeolite. ..
(9) The production method according to any one of (1) to (8), wherein the partial pressure of hydrogen in steps 1 and 2 is 0.1 MPa or more and 10 MPa or less at room temperature and gauge pressure.
(10) The production method according to any one of (1) to (9), wherein the reaction temperature in the step 2 is 150 ° C. or higher and 280 ° C. or lower.
(11) At least one selected from the group consisting of 3-oxoadipic acid and a salt thereof is used as a catalyst in the presence of hydrogen and in the substantially absence of ammonia under the conditions shown in (i) or (ii) below. A method for producing 3-hydroxyadipic acid by mixing.
(I) Reaction temperature 0 ° C or higher and 50 ° C or lower in an aqueous solvent (ii) Reaction temperature 0 ° C or higher and lower than 75 ° C in an organic solvent with a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower.
本発明により、バイオマス資源から高い効率で誘導することが可能な3−オキソアジピン酸から、ε−カプロラクタムを製造することができる。3−オキソアジピン酸は、様々なバイオマス資源(リグニンや糖)から誘導することができるため、本発明は、バイオマス資源由来のε−カプロラクタムの安定な生産に有用である。 According to the present invention, ε-caprolactam can be produced from 3-oxoadipic acid, which can be derived from biomass resources with high efficiency. Since 3-oxoadipic acid can be derived from various biomass resources (lignin and sugar), the present invention is useful for the stable production of ε-caprolactam derived from biomass resources.
また、本発明によれば、3−オキソアジピン酸から3−ヒドロキシアジピン酸を、レブリン酸の副生を抑制しつつ、短い工程で製造することができる。 Further, according to the present invention, 3-oxoadipic acid to 3-hydroxyadipic acid can be produced in a short process while suppressing the by-production of levulinic acid.
以下、本発明をより詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
本発明において、バイオマス資源とは、再生可能な生物由来の有機性資源を意味し、植物が太陽エネルギーを用いて二酸化炭素を固定化して生成した有機物からなる資源を指す。具体的には、トウモロコシ、サトウキビ、イモ類、小麦、米、大豆、パルプ、ケナフ、稲わら、麦わら、バガス、コーンストーバー、スイッチグラス、雑草、古紙、木材、木炭、天然ゴム、綿花、大豆油、パーム油、サフラワー油、ヒマシ油などが挙げられる。 In the present invention, the biomass resource means a renewable organic resource derived from an organism, and refers to a resource composed of an organic substance produced by a plant immobilizing carbon dioxide using solar energy. Specifically, corn, sugar cane, potatoes, wheat, rice, soybeans, pulp, kenaf, rice straw, straw, bagasse, corn stover, switchgrass, weeds, used paper, wood, charcoal, natural rubber, cotton, soybean oil. , Palm oil, safflower oil, kenaf oil and the like.
本発明において、バイオマス資源から誘導可能な物質とは、上記のバイオマス資源から発酵や化学変換等により誘導される物質、誘導され得る物質または誘導された物質を意味する。 In the present invention, the substance derived from the biomass resource means a substance derived from the above-mentioned biomass resource by fermentation, chemical conversion, or the like, a substance that can be derived, or a substance derived.
本発明で用いられる3−オキソアジピン酸は、上述のようにバイオマス資源から誘導可能な物質である。具体的には、スキーム2に示すように、リグニンまたはグルコースから誘導される、プロトカテク酸またはバニリン酸から3−オキソアジピン酸を発酵生産する方法を例示することができる。例えば、非特許文献2に記載のように、Pseudomonas paucimobilisやSphingomonas paucimobilisなどを用いてリグニンを分解することにより、プロトカテク酸またはバニリン酸を製造することができる。また、非特許文献3に記載のように、Klebsiella pneumoniaeのaroZ遺伝子を導入したEscherichia coliを用いて、グルコースからプロトカテク酸を50モル%の発酵生産することができる。このようにして得られるプロトカテク酸またはバニリン酸から、特許文献5に記載のように、遺伝子組換えしたPseudomonas putidaを用いて、3−オキソアジピン酸を100モル%の収率で発酵生産することができる。 The 3-oxoadipic acid used in the present invention is a substance that can be derived from biomass resources as described above. Specifically, as shown in Scheme 2, a method for fermentatively producing 3-oxoadipic acid from protocatechuic acid or vanillic acid, which is derived from lignin or glucose, can be exemplified. For example, as described in Non-Patent Document 2, protocatechuic acid or vanillic acid can be produced by decomposing lignin using Pseudomonas paucimobilis, Sphingomonas paucimovis, or the like. In addition, as described in Non-Patent Document 3, 50 mol% of protocatechuic acid can be fermented and produced from glucose using Escherichia coli into which the aroZ gene of Klebsiella pneumoniae has been introduced. From the protocatechuic acid or vanillic acid thus obtained, 3-oxoadipic acid can be fermented and produced in a yield of 100 mol% using the recombinant Pseudomonas putida as described in Patent Document 5. it can.
本発明は、バイオマス資源から誘導可能な3−オキソアジピン酸を原料として用いることができることを特徴とするが、石油等の化石資源に由来する3−オキソアジピン酸も原料として用いることができる。 The present invention is characterized in that 3-oxoadipic acid derived from a biomass resource can be used as a raw material, but 3-oxoadipic acid derived from a fossil resource such as petroleum can also be used as a raw material.
本発明で用いられる3−オキソアジピン酸は、フリー体でも塩の状態でも、あるいはフリー体と塩の混合物でも使用できる。塩は1価の塩でも2価の塩でもよく、1価の塩としては、例えば、3−オキソアジピン酸モノアンモニウム塩、3−オキソアジピン酸モノリチウム塩、3−オキソアジピン酸モノナトリウム塩、3−オキソアジピン酸モノカリウム塩などが挙げられ、2価の塩としては、例えば、3−オキソアジピン酸ジアンモニウム塩、3−オキソアジピン酸ジリチウム塩、3−オキソアジピン酸ジナトリウム塩、3−オキソアジピン酸ジカリウム塩、3−オキソアジピン酸マグネシウム塩、3−オキソアジピン酸カルシウム塩が挙げられる。これらの異なる塩の混合物であっても使用できる。 The 3-oxoadipic acid used in the present invention can be used in a free form or in a salt state, or in a mixture of a free form and a salt. The salt may be a monovalent salt or a divalent salt, and examples of the monovalent salt include 3-oxoadipate monoammonium salt, 3-oxoadipate monolithium salt, and 3-oxoadipate monosodium salt. Examples thereof include 3-oxoadipate monopotassium salt, and examples of the divalent salt include 3-oxoadipate diammonate salt, 3-oxoadipate dilithium salt, 3-oxoadipate disodium salt, and 3-oxoadipate. Examples thereof include dipotassium oxoadipate, magnesium 3-oxoadipate, and calcium 3-oxoadipate. Mixtures of these different salts can also be used.
本発明のε−カプロラクタムの製造方法は、3−オキソアジピン酸を、水素存在下、触媒および溶媒と混合する工程である工程1と、工程1の生成物を水素およびアンモニアと反応させる工程である工程2とを含むことを特徴とする。 The method for producing ε-caprolactam of the present invention is a step 1 of mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen, and a step of reacting the product of step 1 with hydrogen and ammonia. It is characterized by including step 2.
工程1において使用される溶媒は限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール系溶媒、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチルなどのエステル系溶媒、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドなどの有機溶媒、水または水を主体として(すなわち、50体積%超、好ましくは90体積%以上)水に可溶な有機溶媒を任意の比率で混合させている混合溶媒などの水系溶媒が使用でき、これらのうち2種類以上の混合溶媒を用いてもよい。 The solvent used in step 1 is not limited, but is an alcohol solvent such as methanol, ethanol, propanol and butanol, a halogen solvent such as carbon tetrachloride, dichloromethane and chloroform, and a fat such as pentane, hexane, heptane, octane and decane. Group hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene and xylene, ether solvents such as dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diglyme, tetrahydrofuran and dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid Ester-based solvents such as n-propyl and n-butyl acetate, organic solvents such as γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, and dimethylsulfoxide, and water or water as the main component (that is, more than 50% by volume, preferably 90% by volume or more). ) An aqueous solvent such as a mixed solvent in which an organic solvent soluble in water is mixed at an arbitrary ratio can be used, and two or more kinds of mixed solvents may be used.
工程1は、触媒の存在下、3−オキソアジピン酸と水素を反応させる工程であるため、3−オキソアジピン酸を溶解させることができ、かつ、工程1の反応条件において水素化されない溶媒を用いることが、反応時間の短縮および副生成物の抑制の観点から好ましく、このような溶媒としては、水系溶媒または極性値0以上0.3以下の有機溶媒を好ましく用いることができる。 Since step 1 is a step of reacting 3-oxoadipic acid with hydrogen in the presence of a catalyst, a solvent that can dissolve 3-oxoadipic acid and is not hydrogenated under the reaction conditions of step 1 is used. This is preferable from the viewpoint of shortening the reaction time and suppressing by-products, and as such a solvent, an aqueous solvent or an organic solvent having a polarity value of 0 or more and 0.3 or less can be preferably used.
ここで、本明細書における極性値とは、一般的にET N値として知られ、ピリジニウム−N−フェノキシドベタイン誘導体の吸収スペクトルの極大波長が溶媒の極性により著しく変化する現象を利用して定められた溶媒の極性パラメータであり、水(1.000)とテトラメチルシラン(0.000)が基準溶媒に用いられている(化学便覧基礎編I、改訂5版、770頁;日本化学会編、丸善出版株式会社、2004年)。様々な溶媒の極性値は、例えば「Chemical Reviews、94巻、8号、2319−2358(1994年)」を参考とすることができるし、極性値未知の溶媒および混合溶媒の極性値は、該文献に記載の方法により測定することができる。Here, the polarity value in the present specification, generally known as E T N value, determined by utilizing the phenomenon that the maximum wavelength of the absorption spectrum of pyridinium -N- phenoxide betaine derivatives is significantly changed by the polarity of the solvent Water (1.000) and tetramethylsilane (0.000) are used as reference solvents, which are the polar parameters of the solvent (Chemical Handbook Basic Edition I, Revised 5th Edition, p. 770; Japan Chemical Society). , Maruzen Publishing Co., Ltd., 2004). For the polarity values of various solvents, for example, "Chemical Reviews, Vol. 94, No. 8, 2319-2358 (1994)" can be referred to, and the polarity values of the solvent having unknown polarity value and the mixed solvent can be referred to. It can be measured by the method described in the literature.
極性値0以上0.3以下の有機溶媒としては、n−ペンタン(0.006)、n−ヘキサン(0.009)、n−ヘプタン(0.012)、n−オクタン(0.012)、n−ノナン(0.009)、n−デカン(0.009)、n−ドデカン(0.012)、シクロヘキサン(0.006)、クロロホルム(0.259)、ブロモホルム(0.216)、ベンゼン(0.111)、トルエン(0.099)、p−キシレン(0.074)、3−エチル−3−ペンタノール(0.241)、2,4−ジメチル−3−ペンタノール(0.290)、3−エチルー2,4−ジメチルー3−ペンタノール(0.222)、ジメチルエーテル(<0.2)、ジエチルエーテル(0.117)、エチルビニルエーテル(0.170)、ジ−n−プロピルエーテル(0.102)、ジ−n−ブチルエーテル(0.071)、tert−ブチルメチルエーテル(0.124)、ジメトキシメタン(0.157)、ジエトキシメタン(0.099)、1,2−ジメトキシエタン(0.231)、ジグリム(0.244)、ジエチレングリコールジエチルエーテル(0.210)、トリグリム(0.253)、フラン(0.164)、テトラヒドロフラン(0.207)、チオフェン(0.145)、テトラヒドロチオフェン(0.185)、テトラヒドロピラン(0.170)、1,4−ジオキサン(0.164)、アニソール(0.198)、ジベンジルエーテル(0.173)、ジフェニルエーテル(0.142)、3−ペンタノン(0.265)、2−ヘキサノン(0.290)、イソブチルメチルケトン(0.269)、tert−ブチルメチルケトン(0.256)ジイソプロピルケトン(0.247)、ジ−n−ブチルケトン(0.210)、シクロペンタノン(0.269)、シクロヘキサノン(0.281)、酢酸メチル(0.253)、酢酸エチル(0.228)、酢酸ビニル(0.225)酢酸n−プロピル(0.210)、酢酸n―ブチル(0.241)、アクリル酸メチル(0.250)、メタクリル酸メチル(0.222)、炭酸ジメチル(0.232)、炭酸ジエチル(0.185)、tert−ブチルアミン(0.179)、ジエチルアミン(0.145)、トリエチルアミン(0.043)、トリスn−ブチルアミン(0.043)、ピロリジン(0.259)ピペリジン(0.148)、二硫化炭素(0.065)などがある。括弧内の数値は極性値を示す。 Examples of the organic solvent having a polarity value of 0 or more and 0.3 or less include n-pentane (0.006), n-hexane (0.009), n-heptane (0.012), n-octane (0.012), and the like. n-Nonan (0.009), n-decane (0.009), n-dodecane (0.012), cyclohexane (0.006), chloroform (0.259), bromoform (0.216), benzene ( 0.111), toluene (0.099), p-xylene (0.074), 3-ethyl-3-pentanol (0.241), 2,4-dimethyl-3-pentanol (0.290) , 3-Ethyl-2,4-dimethyl-3-pentanol (0.222), dimethyl ether (<0.2), diethyl ether (0.117), ethyl vinyl ether (0.170), di-n-propyl ether ( 0.102), di-n-butyl ether (0.071), tert-butyl methyl ether (0.124), dimethoxymethane (0.157), diethoxymethane (0.099), 1,2-dimethoxyethane (0.231), Diglycerum (0.244), Diethylene Glycol diethyl Ether (0.210), Triglym (0.253), Fran (0.164), tetrahydrofuran (0.207), Thiophen (0.145), Tetrahydrothiophene (0.185), tetrahydropyran (0.170), 1,4-dioxane (0.164), anisole (0.198), dibenzyl ether (0.173), diphenyl ether (0.142), 3-Pentanone (0.265), 2-hexanone (0.290), isobutylmethylketone (0.269), tert-butylmethylketone (0.256) diisopropylketone (0.247), di-n-butylketone (0.210), cyclopentanone (0.269), cyclohexanone (0.281), methyl acetate (0.253), ethyl acetate (0.228), vinyl acetate (0.225) n-propyl acetate (0.225) 0.210), n-butyl acetate (0.241), methyl acrylate (0.250), methyl methacrylate (0.222), dimethyl carbonate (0.232), diethyl carbonate (0.185), tert -Butylamine (0.179), diethylamine (0.145), triethylamine (0.043), trisn-butylamine (0.043), pyrrolidine (0.259) piperidine (0.148), carbon disulfide (0) .065) and so on. The numbers in parentheses indicate the polarity values.
極性値0以上0.3以下の有機溶媒の中でもジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチルなどのエステル系溶媒を主として含む溶媒を好ましく用いることができ、特に、テトラヒドロフラン、ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、酢酸エチルを主として含む溶媒をさらに好ましく用いることができる。ここで、「主として含む」は、50体積%超の濃度、好ましくは90体積%以上の濃度、さらに好ましくは100体積%の濃度で含むことを意味する。 Among organic solvents with a polarity value of 0 or more and 0.3 or less, ether solvents such as dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diglyme, tetrahydrofuran, and dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, n-acetate A solvent mainly containing an ester solvent such as butyl can be preferably used, and in particular, a solvent mainly containing tetrahydrofuran, dioxane, 1,2-dimethoxyethane, digrim, and ethyl acetate can be more preferably used. Here, "mainly contained" means containing at a concentration of more than 50% by volume, preferably at a concentration of 90% by volume or more, and more preferably at a concentration of 100% by volume.
本明細書中の実施例において用いている極性値0以上0.3以下ではない有機溶媒の極性値はそれぞれ、メタノール(0.762)、イソプロパノール(0.546)、tert−ブタノール(0.389)である。括弧内の数値は極性値を示す。 The polar values of the organic solvents used in the examples in the present specification are 0 or more and not 0.3 or less, respectively, of methanol (0.762), isopropanol (0.546), and tert-butanol (0.389). ). The numbers in parentheses indicate the polarity values.
工程1の反応温度は限定されないが、好ましくは0℃以上100℃以下である。また、水系溶媒を溶媒に用いる場合は反応温度0℃以上50℃以下が好ましく、極性値0以上0.3以下の有機溶媒を溶媒に用いる場合は、反応温度0℃以上75℃未満が好ましい。いずれの溶媒の場合も、さらに好ましくは反応温度10℃以上40℃以下である。反応温度を上げると3−オキソアジピン酸が熱分解する傾向にある一方、反応温度が低すぎると反応速度が低下する傾向にある。特に、昇温または冷却用の装置や操作が不要な常温下において行うのが簡便である。 The reaction temperature in step 1 is not limited, but is preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. When an aqueous solvent is used as the solvent, the reaction temperature is preferably 0 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, and when an organic solvent having a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower is used as the solvent, the reaction temperature is preferably 0 ° C. or higher and lower than 75 ° C. In the case of any solvent, the reaction temperature is more preferably 10 ° C. or higher and 40 ° C. or lower. When the reaction temperature is raised, 3-oxoadipic acid tends to be thermally decomposed, while when the reaction temperature is too low, the reaction rate tends to decrease. In particular, it is convenient to carry out at room temperature, which does not require a device or operation for raising or cooling.
工程1に使用する触媒に含まれる金属としては、遷移金属が好ましく、具体的には、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、レニウム、ニッケル、イリジウム、オスミウム、銅およびクロムからなる群から選ばれる1種また2種以上を含んでいることが好ましい。 The metal contained in the catalyst used in step 1 is preferably a transition metal, and specifically, one selected from the group consisting of palladium, platinum, ruthenium, rhodium, renium, nickel, iridium, osmium, copper and chromium. Further, it is preferable that two or more kinds are contained.
工程1に使用する触媒に含まれる金属は、使用する金属量の節約や、触媒活性の増加の観点から、担体に担持してもよい。担体としては、例えば、炭素;アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、酸化タンタル、酸化ニオブ、ゼオライト、酸化タングステン、マグネシアなどの金属酸化物や、これらの金属酸化物の複合酸化物であるシリカアルミナ、シリカチタニア、シリカマグネシア、アルミナジルコニアなどが挙げられる。担体に担持された金属と担体の合計重量に対する金属重量の割合としては、通常0.1から10重量%である。 The metal contained in the catalyst used in step 1 may be supported on a carrier from the viewpoint of saving the amount of metal used and increasing the catalytic activity. Examples of the carrier include carbon; alumina, shea silica, titania, zirconia, tantalum oxide, niobium oxide, zeolites, tungsten oxide, or metal oxides such as magnesia, silica-alumina composite oxides of these metal oxides, Examples thereof include silica titania, silica magnesia, and alumina zirconia. The ratio of the metal weight to the total weight of the metal supported on the carrier and the carrier is usually 0.1 to 10% by weight.
上記の金属担持触媒を用いる場合、反応前に窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素雰囲気下で加熱処理して、活性化してから使用する方が好ましい。 When the above-mentioned metal-supporting catalyst is used, it is preferable to heat-treat it in an inert gas such as nitrogen, helium, or argon or in a hydrogen atmosphere before the reaction to activate it before use.
また、上記の金属担持触媒を用いる場合、反応終了後、触媒を固液分離により容易に回収することができる。回収した触媒は繰り返し使用してもよく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素雰囲気下で、加熱処理することで再活性化する方が好ましい。 Further, when the above-mentioned metal-supported catalyst is used, the catalyst can be easily recovered by solid-liquid separation after the reaction is completed. The recovered catalyst may be used repeatedly, and is preferably reactivated by heat treatment under an inert gas such as nitrogen, helium or argon or in a hydrogen atmosphere.
工程1における水素の分圧は特に限定されないが、水素の分圧が低すぎると反応時間が長くなる一方、水素の分圧が高すぎると設備安全上望ましくないため、常温で0.1MPa以上10MPa以下(ゲージ圧)が好ましく、より好ましくは0.5MPa以上3MPa以下(ゲージ圧)である。使用する水素は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスとの混合ガスでもよい。 The partial pressure of hydrogen in step 1 is not particularly limited, but if the partial pressure of hydrogen is too low, the reaction time becomes long, while if the partial pressure of hydrogen is too high, it is not desirable for equipment safety. Therefore, 0.1 MPa or more and 10 MPa at room temperature. The following (gauge pressure) is preferable, and more preferably 0.5 MPa or more and 3 MPa or less (gauge pressure). The hydrogen used may be a mixed gas with an inert gas such as nitrogen, helium or argon.
工程1の開始時における反応混合物中の3−オキソアジピン酸及びその塩からなる群から選ばれる少なくとも1種の含有量は特に限定されないが、通常、溶媒100重量部に対して0.1〜50重量部程度、好ましくは、1〜10重量部程度である。 The content of at least one selected from the group consisting of 3-oxoadipic acid and a salt thereof in the reaction mixture at the start of step 1 is not particularly limited, but is usually 0.1 to 50 per 100 parts by weight of the solvent. It is about parts by weight, preferably about 1 to 10 parts by weight.
工程1の反応は、回分式または連続式のいずれの方法によっても実施することができる。 The reaction of step 1 can be carried out by either a batch method or a continuous method.
3−ヒドロキシアジピン酸は、工程1および工程2を含む本発明のε−カプロラクタムの製造方法において、反応中間体である。すなわち、スキーム3に示すように、本発明では、工程1において、3−オキソアジピン酸から3−ヒドロキシアジピン酸を含む生成物が得られ、工程2で3−ヒドロキシアジピン酸からε−カプロラクタムが生成する。 3-Hydroxyadipic acid is a reaction intermediate in the method for producing ε-caprolactam of the present invention, which comprises steps 1 and 2. That is, as shown in Scheme 3, in the present invention, in step 1, a product containing 3-hydroxyadipic acid was obtained from 3-oxoadipic acid, and in step 2, ε-caprolactam was produced from 3-hydroxyadipic acid. To do.
本発明の製造方法では、工程1と工程2を独立して順に行うことにより、工程1の生成物として、一旦3−ヒドロキシアジピン酸を得ることが重要である。ここで、特許文献3に記載の方法を3−オキソアジピン酸に適用する場合は、3−オキソアジピン酸が、水素およびアンモニアと反応当初から共存する条件に供されることになるが、この場合、後述の比較例1、2に示すように、目的とするε−カプロラクタムを得ることは困難である。これは、3−オキソアジピン酸が熱またはアンモニアに対して不安定であるためと考えられる。本発明の方法は、最初の工程1においてアンモニアが存在していない点で、特許文献3に記載の方法と異なるものである。すなわち、工程1は、アンモニアの実質的な非存在下で行うことが好ましい。ここで「実質的な非存在下」とは、アンモニア濃度が100ppm以下、好ましくは、10ppm以下、最も好ましくは0ppmであることを意味する。 In the production method of the present invention, it is important to once obtain 3-hydroxyadipic acid as a product of step 1 by performing step 1 and step 2 independently in order. Here, when the method described in Patent Document 3 is applied to 3-oxoadipic acid, 3-oxoadipic acid is subjected to the condition of coexisting with hydrogen and ammonia from the beginning of the reaction. In this case, As shown in Comparative Examples 1 and 2 described later, it is difficult to obtain the desired ε-caprolactam. This is thought to be because 3-oxoadipic acid is unstable to heat or ammonia. The method of the present invention differs from the method described in Patent Document 3 in that ammonia is not present in the first step 1. That is, step 1 is preferably performed in the substantially absence of ammonia. Here, "substantially in the absence" means that the ammonia concentration is 100 ppm or less, preferably 10 ppm or less, and most preferably 0 ppm.
工程1の実施により、3−ヒドロキシアジピン酸のほか、副生成物、溶媒、触媒等を含む未精製生成物が得られる。この未精製生成物は、分離や精製の操作を全く行うことなく工程2を実施してもよい。また、触媒および/または溶媒を粗く除去して3−ヒドロキシアジピン酸を含む粗精製生成物を得て、これを工程2に供してもよい。また、3−ヒドロキシアジピン酸を上記粗精製生成物から単離精製し、これを工程2に供してもよい。 By carrying out step 1, an unpurified product containing 3-hydroxyadipic acid, a by-product, a solvent, a catalyst and the like can be obtained. The unpurified product may be subjected to step 2 without any separation or purification operation. Alternatively, the catalyst and / or solvent may be roughly removed to obtain a crudely purified product containing 3-hydroxyadipic acid, which may be subjected to step 2. Alternatively, 3-hydroxyadipic acid may be isolated and purified from the crude product and subjected to step 2.
触媒の除去は、抽出、吸着、濾過、沈殿、遠心分離など通常の単位操作により実施することができる。不均一系触媒は、濾過、沈殿、遠心分離など簡易な固液分離操作により反応液から除去できるため、3−ヒドロキシアジピン酸を工程1の後に分離精製する場合は、不均一系触媒を用いることが分離の容易さの観点から好ましい。 The removal of the catalyst can be carried out by ordinary unit operations such as extraction, adsorption, filtration, precipitation and centrifugation. Since the heterogeneous catalyst can be removed from the reaction solution by a simple solid-liquid separation operation such as filtration, precipitation, or centrifugation, use a heterogeneous catalyst when separating and purifying 3-hydroxyadipic acid after step 1. Is preferable from the viewpoint of ease of separation.
溶媒の除去は、蒸発、乾燥、蒸留、抽出など通常の単位操作により実施することができる。除去した溶媒はリサイクルして工程1に用いることができる。 The removal of the solvent can be carried out by ordinary unit operations such as evaporation, drying, distillation and extraction. The removed solvent can be recycled and used in step 1.
3−ヒドロキシアジピン酸を粗精製生成物から単離・精製する方法としては、抽出、膜分離、カラムクロマトグラフィー、イオン交換樹脂処理、晶析、再結晶など、通常の方法を使用することができる。 As a method for isolating and purifying 3-hydroxyadipic acid from the crude product, ordinary methods such as extraction, membrane separation, column chromatography, ion exchange resin treatment, crystallization, and recrystallization can be used. ..
工程1で得られた3−ヒドロキシアジピン酸は、フリー体、塩の状態において、またはカルボン酸誘導体(酸無水物、エステル、アミド)に変換して、あるいはそれらの混合物として工程2で使用できる。3−ヒドロキシアジピン酸の塩やカルボン酸誘導体としては、3−ヒドロキシアジピン酸モノアンモニウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸モノリチウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸モノナトリウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸モノカリウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸ジアンモニウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸ジリチウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸ジナトリウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸ジカリウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸マグネシウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸カルシウム塩、3−ヒドロキシアジピン酸無水物、3−ヒドロキシアジピン酸モノメチル、3−ヒドロキシアジピン酸ジメチル、3−ヒドロキシアジピン酸モノエチル、3−ヒドロキシアジピン酸ジエチル、3−ヒドロキシアジピン酸モノアミド、3−ヒドロキシアジピン酸ジアミド等が例示的に挙げられる。 The 3-hydroxyadipic acid obtained in step 1 can be used in step 2 in a free form, in a salt state, converted to a carboxylic acid derivative (acid anhydride, ester, amide), or as a mixture thereof. Examples of 3-hydroxyadipic acid salts and carboxylic acid derivatives include 3-hydroxyadipic acid monoammonium salt, 3-hydroxyadipic acid monolithium salt, 3-hydroxyadipic acid monosodium salt, and 3-hydroxyadic acid monopotassium salt. Diammonium 3-hydroxyadipate, dilithium 3-hydroxyadipate, disodium 3-hydroxyadipate, dipotassium 3-hydroxyadipate, magnesium 3-hydroxyadipate, calcium 3-hydroxyadipate, 3-Hydroxyadipic acid anhydride, 3-hydroxyadipate monomethyl, 3-hydroxyadipate dimethyl, 3-hydroxyadipate monoethyl, 3-hydroxyadipic acid diethyl, 3-hydroxyadic acid monoamide, 3-hydroxyadic acid diamide, etc. Is exemplified.
本発明の製造方法では、1段階の前記工程1により、3−オキソアジピン酸から3−ヒドロキシアジピン酸を製造することができる。3−オキソアジピン酸から3−ヒドロキシアジピン酸を製造する場合の触媒、溶媒は前記工程1のものが用いられるが、反応時間の短縮および副生成物の抑制の観点から溶媒は前述の水系溶媒または極性値0以上0.3以下の有機溶媒を用いることが好ましい。また、反応温度は水系溶媒を溶媒に用いる場合は反応温度0℃以上50℃以下が好ましく、極性値0以上0.3以下の有機溶媒を溶媒に用いる場合は、反応温度0℃以上75℃未満が好ましい。 In the production method of the present invention, 3-hydroxyadipic acid can be produced from 3-oxoadipic acid by the one-step step 1. The catalyst and solvent used in step 1 for producing 3-hydroxyadipic acid from 3-oxoadipic acid are used, but the solvent is the above-mentioned aqueous solvent or the above-mentioned aqueous solvent from the viewpoint of shortening the reaction time and suppressing by-products. It is preferable to use an organic solvent having a polarity value of 0 or more and 0.3 or less. When an aqueous solvent is used as the solvent, the reaction temperature is preferably 0 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, and when an organic solvent having a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower is used as the solvent, the reaction temperature is 0 ° C. or higher and lower than 75 ° C. Is preferable.
次に工程2について説明する。工程2では工程1の生成物である3−ヒドロキシアジピン酸、又はその塩若しくはそのカルボン酸誘導体、又は3−ヒドロキシアジピン酸、その塩及びカルボン酸誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種を水素およびアンモニアと反応させる。 Next, step 2 will be described. In step 2, at least one selected from the group consisting of 3-hydroxyadipic acid, which is the product of step 1, or a salt thereof or a carboxylic acid derivative thereof, or 3-hydroxyadipic acid, a salt thereof, and a carboxylic acid derivative thereof is hydrogen and React with ammonia.
工程2では、触媒の存在下で反応を行うことで、反応を促進することができる。触媒は、均一系触媒または不均一系触媒のいずれも使用することができる。 In step 2, the reaction can be promoted by carrying out the reaction in the presence of a catalyst. As the catalyst, either a homogeneous catalyst or a heterogeneous catalyst can be used.
触媒に含まれる金属としては、遷移金属が好ましく、具体的には、パラジウム、白金、ルテニウム、ロジウム、レニウム、ニッケル、イリジウム、オスミウム、銅およびクロムからなる群から選ばれる1種または2種以上を含んでいることが好ましい。 The metal contained in the catalyst is preferably a transition metal, and specifically, one or more selected from the group consisting of palladium, platinum, ruthenium, rhodium, renium, nickel, iridium, osmium, copper and chromium. It is preferable to include it.
工程2に使用する触媒に含まれる金属は、使用する金属量の節約や、触媒活性の増加の観点から、担体に担持してもよい。担体としては、例えば、炭素;アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、酸化タンタル、酸化ニオブ、ゼオライト、酸化タングステン、マグネシアなどの金属酸化物や、これらの金属酸化物の複合酸化物(例えばシリカアルミナ、シリカチタニア、シリカマグネシア、アルミナジルコニア)が挙げられる。担体に担持された金属と担体の合計重量に対する金属重量の割合としては、通常0.1から10重量%である。 The metal contained in the catalyst used in step 2 may be supported on a carrier from the viewpoint of saving the amount of metal used and increasing the catalytic activity. Examples of the carrier include carbon; alumina, shea silica, titania, zirconia, tantalum oxide, niobium oxide, zeolites, tungsten oxide, or metal oxides such as magnesia, complex oxides of these metal oxides (e.g. silica-alumina, Silica titania, silica magnesia, alumina zirconia). The ratio of the metal weight to the total weight of the metal supported on the carrier and the carrier is usually 0.1 to 10% by weight.
上記の金属担持触媒を用いる場合、反応前に窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素雰囲気下で加熱処理して、活性化してから使用する方が好ましい。 When the above-mentioned metal-supporting catalyst is used, it is preferable to heat-treat it in an inert gas such as nitrogen, helium, or argon or in a hydrogen atmosphere before the reaction to activate it before use.
また上記の金属担持触媒を用いる場合、反応終了後、触媒を固液分離により容易に回収することができる。回収した触媒は繰り返し使用してもよく、窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスまたは水素雰囲気下で、加熱処理することで再活性化する方が好ましい。 When the above metal-supported catalyst is used, the catalyst can be easily recovered by solid-liquid separation after the reaction is completed. The recovered catalyst may be used repeatedly, and is preferably reactivated by heat treatment under an inert gas such as nitrogen, helium or argon or in a hydrogen atmosphere.
工程2における水素の分圧は特に限定されないが、水素の分圧が低すぎると反応時間が長くなる一方、水素の分圧が高すぎると設備安全上好ましくないため、常温で0.1MPa以上10MPa以下(ゲージ圧)が好ましく、より好ましくは常温で0.5MPa以上3MPa以下(ゲージ圧)である。使用する水素は、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスとの混合ガスでもよい。 The partial pressure of hydrogen in step 2 is not particularly limited, but if the partial pressure of hydrogen is too low, the reaction time becomes long, while if the partial pressure of hydrogen is too high, it is not preferable for equipment safety. Therefore, 0.1 MPa or more and 10 MPa at room temperature. The following (gauge pressure) is preferable, and more preferably 0.5 MPa or more and 3 MPa or less (gauge pressure) at room temperature. The hydrogen used may be a mixed gas with an inert gas such as nitrogen, helium or argon.
使用するアンモニアは、気体状態、液体状態のいずれの状態で反応容器に添加してもよい。液体状態で反応容器に添加する場合は、液体アンモニアやアンモニアが溶解している溶液を用いることができる。例えば、アンモニア水溶液、アンモニアジオキサン溶液、アンモニアクロロホルム溶液、アンモニアエーテル溶液、アンモニアアルコール溶液等を使用できる。気体状態のアンモニアを使用する場合、その分圧は特に限定されないが、低すぎると反応時間が長くなるため、常温で0.1MPa以上5MPa以下(ゲージ圧)が好ましく、より好ましくは常温で0.1MPa以上1MPa以下(ゲージ圧)である。 Ammonia to be used may be added to the reaction vessel in either a gaseous state or a liquid state. When added to the reaction vessel in a liquid state, liquid ammonia or a solution in which ammonia is dissolved can be used. For example, an aqueous ammonia solution, an ammonia dioxane solution, an ammonia chloroform solution, an ammonia ether solution, an ammonia alcohol solution and the like can be used. When ammonia in a gaseous state is used, its partial pressure is not particularly limited, but if it is too low, the reaction time becomes long. Therefore, 0.1 MPa or more and 5 MPa or less (gauge pressure) at room temperature is preferable, and 0. It is 1 MPa or more and 1 MPa or less (gauge pressure).
水素およびアンモニアはそれぞれ単独で反応容器に添加してもよいし、あらかじめ調製した水素/アンモニア混合ガスとして添加してもよい。また、水素およびアンモニアを添加する順番は特に限定されない。 Hydrogen and ammonia may be added to the reaction vessel individually or as a hydrogen / ammonia mixed gas prepared in advance. The order in which hydrogen and ammonia are added is not particularly limited.
工程2の反応温度は限定されないが、好ましくは100℃以上350℃以下であり、さらに好ましくは150℃以上280℃以下である。反応温度が低いと反応が十分に進行しない傾向にある一方、反応温度が高すぎると目的物であるε−カプロラクタム以外の化合物の副生が促進され、十分な収率が得られなくなる可能性がある。 The reaction temperature in step 2 is not limited, but is preferably 100 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, and more preferably 150 ° C. or higher and 280 ° C. or lower. If the reaction temperature is low, the reaction tends not to proceed sufficiently, but if the reaction temperature is too high, by-production of compounds other than the target compound, ε-caprolactam, is promoted, and a sufficient yield may not be obtained. is there.
工程2において使用される溶媒は限定されないが、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール系溶媒、四塩化炭素、ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、ジグリム、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどのエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸n−ブチルなどのエステル系溶媒、γ−ブチロラクトン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、水などを使用することができ、これらのうち2種類以上の混合溶媒でもよい。好ましくは、ジオキサン、ジグリム、テトラヒドロフラン等の非プロトン性溶媒が使用される。 The solvent used in step 2 is not limited, but is an alcohol solvent such as methanol, ethanol, propanol and butanol, a halogen solvent such as carbon tetrachloride, dichloromethane and chloroform, and a fat such as pentane, hexane, heptane, octane and decane. Group hydrocarbon solvents, aromatic hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ether solvents such as dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diglycim, tetrahydrofuran, dioxane, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid Ester-based solvents such as n-propyl and n-butyl acetate, γ-butyrolactone, N-methylpyrrolidone, dimethylsulfoxide, water and the like can be used, and two or more of these may be mixed solvents. Preferably, an aprotic solvent such as dioxane, diglyme or tetrahydrofuran is used.
工程2の開始時における反応混合物中の3−ヒドロキシアジピン酸、その塩若しくはカルボン酸誘導体又はこれらの混合物の含有量は特に限定されないが、通常、溶媒100重量部に対して0.1〜10重量部程度、好ましくは、1〜5重量部程度である。 The content of 3-hydroxyadipic acid, a salt thereof or a carboxylic acid derivative thereof or a mixture thereof in the reaction mixture at the start of step 2 is not particularly limited, but is usually 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the solvent. About parts, preferably about 1 to 5 parts by weight.
工程2の反応は、回分式および連続式のいずれの方法によっても実施することができる。 The reaction of step 2 can be carried out by either a batch method or a continuous method.
工程1および工程2は連続して同一の反応器(ワンポット:one−pot)で実施することができる。同一の反応器で反応を行うことは、設備上の観点から好ましい。 Steps 1 and 2 can be continuously carried out in the same reactor (one-pot). It is preferable to carry out the reaction in the same reactor from the viewpoint of equipment.
工程1および工程2を連続して同一の反応器でおこなう場合、工程1で使用した触媒は反応器から取り出すことなく、そのまま工程2を行うことができる。また、工程1で使用した触媒に別の触媒を加えてもよいし、工程1で使用した触媒を除去して別の触媒に置換してもよい。このうち、工程1で使用した触媒を取り出すことなく工程2でも用いることが簡便かつ経済的である。 When steps 1 and 2 are continuously carried out in the same reactor, the catalyst used in step 1 can be carried out as it is without being taken out from the reactor. Further, another catalyst may be added to the catalyst used in step 1, or the catalyst used in step 1 may be removed and replaced with another catalyst. Of these, it is convenient and economical to use in step 2 without taking out the catalyst used in step 1.
工程1および工程2を連続して同一の反応器でおこなう場合、工程1で使用した溶媒は取り出すことなく工程2を行うことができる。また、工程1で使用した溶媒に別の溶媒を加えてもよいし、工程1で使用した溶媒を除去して別の溶媒に置換してもよい。このうち、工程1で使用した溶媒を取り出すことなく工程2でも用いることが簡便かつ経済的である。 When step 1 and step 2 are continuously carried out in the same reactor, step 2 can be carried out without taking out the solvent used in step 1. Further, another solvent may be added to the solvent used in step 1, or the solvent used in step 1 may be removed and replaced with another solvent. Of these, it is convenient and economical to use in step 2 without taking out the solvent used in step 1.
工程1および工程2を連続して同一の反応器でおこなう場合、工程1の終了後に反応器に残存する水素は反応器外に放出することなく、アンモニアを添加して工程2を行うことができる。また、工程1で反応器に残存している水素は、反応器外に放出してから、新たに水素およびアンモニアを添加して工程2を行ってもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性に置換してから、新たに水素およびアンモニアを添加して工程2を行ってもよい。 When steps 1 and 2 are continuously carried out in the same reactor, the hydrogen remaining in the reactor after the completion of step 1 can be added to step 2 without being released to the outside of the reactor. .. Further, the hydrogen remaining in the reactor in the step 1 may be released to the outside of the reactor, and then hydrogen and ammonia may be newly added to carry out the step 2, and the nitrogen, helium, argon and the like may be added. After substituting for activity, hydrogen and ammonia may be newly added to carry out step 2.
本発明のε−カプロラクタムの製造方法では、工程2の終了後に濾過、抽出、蒸留など通常の分離精製操作によりε−カプロラクタムを回収することができる。水素とアンモニアは反応系にリサイクルすることができる。 In the method for producing ε-caprolactam of the present invention, ε-caprolactam can be recovered by ordinary separation and purification operations such as filtration, extraction and distillation after the completion of step 2. Hydrogen and ammonia can be recycled into the reaction system.
本発明のε−カプロラクタムの製造方法で得られるε−カプロラクタムは、これを原料としてポリアミドの製造に使用することが出来る。ポリアミドの製造方法としては、ε−カプロラクタムを開環重合させる公知の方法を適用できる(福本修編、「ポリアミド樹脂ハンドブック」日刊工業出版社(1998年1月)参照)。 The ε-caprolactam obtained by the method for producing ε-caprolactam of the present invention can be used as a raw material for producing polyamide. As a method for producing a polyamide, a known method for ring-opening polymerization of ε-caprolactam can be applied (see Osamu Fukumoto, "Polyamide Resin Handbook", Nikkan Kogyo Publishing Co., Ltd. (January 1998)).
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.
実施例1−8、比較例1および2において、反応成績である生成物収率は、下記の式(1)によって求めた。また、原料とは3−オキソアジピン酸を意味する。
式(1) 生成物収率(モル%)= 生成物の収量(モル)/原料の仕込み量(モル)×100。In Examples 1-8 and Comparative Examples 1 and 2, the product yield, which is the reaction result, was calculated by the following formula (1). The raw material means 3-oxoadipic acid.
Formula (1) Product yield (mol%) = Product yield (mol) / Raw material charge amount (mol) x 100.
実施例9−24において、反応成績である原料転化率、生成物選択率は、それぞれ下記の式(2)、式(3)によって求めた。また、原料とは3−オキソアジピン酸を意味する。
式(2) 原料転化率(モル%)= 原料の消費量(モル)/原料の仕込み量(モル)×100。
式(3) 生成物選択率(モル%)= 生成物の収量(モル)/原料の消費量(モル)×100。In Examples 9-24, the raw material conversion rate and the product selectivity, which are the reaction results, were determined by the following formulas (2) and (3), respectively. The raw material means 3-oxoadipic acid.
Formula (2) Raw material conversion rate (mol%) = Raw material consumption (mol) / raw material charge (mol) x 100.
Formula (3) Product selectivity (mol%) = product yield (mol) / raw material consumption (mol) x 100.
反応溶液は、ガスクロマトグラフィー(GC)および高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により分析した。生成物の定量は標品を用いて作成した絶対検量線により行った。ε−カプロラクタムの定量分析はGCで行い、3−オキソアジピン酸、3−ヒドロキシアジピン酸、レブリン酸の定量分析はHPLCで行った。GCおよびHPLCの分析条件を以下に示す。 The reaction solution was analyzed by gas chromatography (GC) and high performance liquid chromatography (HPLC). The quantification of the product was performed by an absolute calibration curve prepared using the standard. Quantitative analysis of ε-caprolactam was performed by GC, and quantitative analysis of 3-oxoadipic acid, 3-hydroxyadipic acid, and levulinic acid was performed by HPLC. The analysis conditions for GC and HPLC are shown below.
GC分析条件
GC装置:GC2010 plus(島津製作所社製)
カラム:InertCap for amines、長さ30m、内径0.32mm(GLサイエンス社製)
キャリアガス:ヘリウム、線速度一定(40.0cm/秒)
気化室温度:250℃
検出器温度:250℃
カラムオーブン温度:100℃→(10℃/分)→230℃ 3分(計16分)
検出器:FID。GC analysis conditions GC equipment: GC2010 plus (manufactured by Shimadzu Corporation)
Column: InertCap for amines, length 30 m, inner diameter 0.32 mm (manufactured by GL Science)
Carrier gas: helium, constant linear velocity (40.0 cm / sec)
Vaporization chamber temperature: 250 ° C
Detector temperature: 250 ° C
Column oven temperature: 100 ° C → (10 ° C / min) → 230 ° C 3 minutes (16 minutes in total)
Detector: FID.
HPLC分析条件
HPLC装置:Prominence(島津製作所社製)
カラム:Synergi hydro−RP(Phenomenex社製)、長さ250mm、内径4.60mm、粒径4μm
移動相:0.1重量%リン酸水溶液/アセトニトリル=95/5(体積比)
流速:1.0mL/分
検出器:UV(210nm)
カラム温度:40℃。HPLC analysis conditions HPLC equipment: Prominence (manufactured by Shimadzu Corporation)
Column: Synergy hydro-RP (manufactured by Phenomenex), length 250 mm, inner diameter 4.60 mm, particle size 4 μm
Mobile phase: 0.1 wt% aqueous phosphoric acid solution / acetonitrile = 95/5 (volume ratio)
Flow velocity: 1.0 mL / min Detector: UV (210 nm)
Column temperature: 40 ° C.
参考例1 3−オキソアジピン酸の準備
本発明で使用した3−オキソアジピン酸は化学合成により準備した。Reference Example 1 Preparation of 3-oxoadipic acid The 3-oxoadipic acid used in the present invention was prepared by chemical synthesis.
まず、コハク酸モノメチルエステル13.2g(0.1mol)(和光純薬社製)に超脱水テトラヒドロフラン1.5L(和光純薬社製)を加え、攪拌しながらカルボニルジイミダゾール16.2g(0.1mol)(和光純薬社製)添加し、窒素雰囲気下1時間室温で攪拌した。この懸濁液にマロン酸モノメチルエステルカリウム塩15.6g(0.1mol)および塩化マグネシウム9.5g(0.1mol)を添加し、窒素雰囲気下1時間室温で攪拌した後、40℃で12時間攪拌した。反応終了後、室温下、1mol/L塩酸を0.05L加え、酢酸エチルにより抽出し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:5)で分離精製することで、純粋な3−オキソヘキサンジカルボン酸ジメチルエステル13.1gを得た。収率70%。 First, 1.5 L of ultra-dehydrated tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added to 13.2 g (0.1 mol) of succinic acid monomethyl ester (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and 16.2 g (0. 1 mol) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour in a nitrogen atmosphere. To this suspension, 15.6 g (0.1 mol) of malonic acid monomethyl ester potassium salt and 9.5 g (0.1 mol) of magnesium chloride were added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour under a nitrogen atmosphere, and then at 40 ° C. for 12 hours. Stirred. After completion of the reaction, 0.05 L of 1 mol / L hydrochloric acid was added at room temperature, extracted with ethyl acetate, and separated and purified by silica gel column chromatography (hexane: ethyl acetate = 1: 5) to obtain pure 3-oxohexane. 13.1 g of dicarboxylic acid dimethyl ester was obtained. Yield 70%.
得られた3−オキソヘキサンジカルボン酸ジメチルエステル5g(0.026mol)にメタノール26mL(国産化学社製)を加え、攪拌しながら5mol/Lの水酸化ナトリウム水溶液12mLを添加し、室温で一晩攪拌した。反応終了後、5mol/Lの塩酸12mLを添加し、酢酸エチル100mL(和光純薬社製)により抽出した。ロータリーエバポレーターで濃縮後、アセトン/石油エーテルで再結晶することで、純粋な3−オキソアジピン酸2gを得た。収率47%。 To 5 g (0.026 mol) of the obtained 3-oxohexanedicarboxylic acid dimethyl ester, 26 mL of methanol (manufactured by Kokusan Kagaku Co., Ltd.) was added, 12 mL of a 5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution was added with stirring, and the mixture was stirred overnight at room temperature. did. After completion of the reaction, 12 mL of 5 mol / L hydrochloric acid was added, and the mixture was extracted with 100 mL of ethyl acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). After concentration on a rotary evaporator, it was recrystallized from acetone / petroleum ether to obtain 2 g of pure 3-oxoadipic acid. Yield 47%.
実施例1
3−オキソアジピン酸を、水素存在下において触媒および溶媒と混合する工程(工程1)と、工程1の生成物を水素およびアンモニアと反応させる工程(工程2)の2つの工程を順に実施することによる、ε−カプロラクタムの製造
工程1
内容量0.1Lのステンレス製オートクレーブ(耐圧ガラス工業社製)に、参考例で合成した3−オキソアジピン酸0.15g、ジオキサン50mL(和光純薬社製)、Palladium,5% on gamma alumina powder,reduced(Alfa Aesar社製)0.05gおよび5%Ptアルミナ粉末(エヌ・イー ケムキャット社製)0.2gを添加した。オートクレーブ内を窒素でパージしたのち、水素ガスをオートクレーブの内圧が0.9MPa(ゲージ圧)となるように添加した後、室温下、500rpmで24時間攪拌した。オートクレーブ内のガスを放出して常圧に戻した。反応溶液の一部をサンプリングし、HPLCにより分析した。結果を表1に示す。Example 1
Two steps, a step of mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen (step 1) and a step of reacting the product of step 1 with hydrogen and ammonia (step 2), are carried out in order. Manufacturing process of ε-caprolactum according to
0.15 g of 3-oxoadipic acid synthesized in the reference example, 50 mL of dioxane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Palladium, 5% on gamma aluminum powder in a stainless steel autoclave (manufactured by pressure-resistant glass industry) with an internal capacity of 0.1 L. , Reduced (manufactured by Alfa Aesar) and 0.2 g of 5% Pt alumina powder (manufactured by N.E. Chemcat) were added. After purging the inside of the autoclave with nitrogen, hydrogen gas was added so that the internal pressure of the autoclave was 0.9 MPa (gauge pressure), and then the mixture was stirred at 500 rpm for 24 hours at room temperature. The gas in the autoclave was released and returned to normal pressure. A part of the reaction solution was sampled and analyzed by HPLC. The results are shown in Table 1.
工程2
工程1の後、アンモニアガスをオートクレーブの内圧が0.18MPa(ゲージ圧)となるよう添加した後、室温下、500rpmで45分間攪拌した。攪拌を継続しながら水素を添加し、オートクレーブの内圧を水素の分圧換算で0.72MPa(ゲージ圧)となるよう調節した(全圧(ゲージ圧):0.9MPa)。次いで、オートクレーブ内の温度を15分かけて250℃に昇温した。7時間250℃で保持した後、室温まで放冷し、オートクレーブ内のガスを放出して常圧に戻した後、反応溶液を回収した。水50mLを添加して混合してから遠心分離により触媒を除去し、上清をGCおよびHPLCにより分析した。結果を表1に示す。Process 2
After step 1, ammonia gas was added so that the internal pressure of the autoclave was 0.18 MPa (gauge pressure), and then the mixture was stirred at 500 rpm for 45 minutes at room temperature. Hydrogen was added while continuing stirring, and the internal pressure of the autoclave was adjusted to 0.72 MPa (gauge pressure) in terms of partial pressure of hydrogen (total pressure (gauge pressure): 0.9 MPa). Then, the temperature in the autoclave was raised to 250 ° C. over 15 minutes. After holding at 250 ° C. for 7 hours, the mixture was allowed to cool to room temperature, the gas in the autoclave was released to return to normal pressure, and then the reaction solution was recovered. 50 mL of water was added and mixed, the catalyst was removed by centrifugation and the supernatant was analyzed by GC and HPLC. The results are shown in Table 1.
比較例1
特許文献3に開示されている方法による、3−オキソアジピン酸と水素およびアンモニアの反応
内容量0.1Lのステンレス製オートクレーブ(耐圧ガラス工業社製)に、参考例1で合成した3−オキソアジピン酸0.15gとジオキサン50mL(和光純薬社製)とPalladium,5% on gamma alumina powder,reduced(Alfa aesar社製)0.05gを添加した。オートクレーブ内を窒素でパージしたのち、アンモニアガスを添加し、オートクレーブの内圧を0.18MPa(ゲージ圧)となるよう調節した後、室温下、500rpmで45分間攪拌した。攪拌を継続しながら水素を添加し、オートクレーブの内圧を水素の分圧換算で0.72MPa(ゲージ圧)となるよう調節した(全圧(ゲージ圧):0.90MPa)。次いで、オートクレーブ内の温度を1時間かけて250℃に昇温した。3時間250℃で保持した後、室温まで放冷し、オートクレーブ内のガスを放出して常圧に戻した後、反応溶液を回収した。水50mLを添加して混合してから遠心分離により触媒を除去し、上清をGCおよびHPLCにより分析した。結果を表1に示す。Comparative Example 1
Reaction of 3-oxoadipic acid with hydrogen and ammonia by the method disclosed in Patent Document 3 3-oxoadipine synthesized in Reference Example 1 in a stainless steel autoclave (manufactured by Pressure Resistant Glass Industry Co., Ltd.) having an internal volume of 0.1 L. 0.15 g of acid, 50 mL of dioxane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), Palladium, 0.05 g of 5% on gumma alumina hydrogen, reduced (manufactured by Alfa aesar) were added. After purging the inside of the autoclave with nitrogen, ammonia gas was added to adjust the internal pressure of the autoclave to 0.18 MPa (gauge pressure), and then the mixture was stirred at room temperature at 500 rpm for 45 minutes. Hydrogen was added while continuing stirring, and the internal pressure of the autoclave was adjusted to 0.72 MPa (gauge pressure) in terms of partial pressure of hydrogen (total pressure (gauge pressure): 0.90 MPa). Then, the temperature in the autoclave was raised to 250 ° C. over 1 hour. After holding at 250 ° C. for 3 hours, the mixture was allowed to cool to room temperature, the gas in the autoclave was released to return to normal pressure, and then the reaction solution was recovered. 50 mL of water was added and mixed, the catalyst was removed by centrifugation and the supernatant was analyzed by GC and HPLC. The results are shown in Table 1.
比較例2
実施例1と同じ原料、溶媒、触媒を用いて、比較例1と同様に反応操作することによる、3−オキソアジピン酸と水素およびアンモニアの反応
内容量0.1Lのステンレス製オートクレーブ(耐圧ガラス工業社製)に、参考例1で合成した3−オキソアジピン酸0.15g、ジオキサン50mL(和光純薬社製)、5%Pdアルミナ粉末(Palladium,5% on gamma alumina powder,reduced(Alfa aesar社製))0.05gおよび5%Ptアルミナ粉末(エヌイーケムキャット社製)0.2gを添加した。オートクレーブ内を窒素でパージしたのち、アンモニアガスを添加し、オートクレーブの内圧を0.18MPa(ゲージ圧)となるよう調節した後、室温下、500rpmで45分間攪拌した。攪拌を継続しながら水素を添加し、オートクレーブの内圧を水素の分圧換算で0.72MPa(ゲージ圧)となるよう調節した(全圧(ゲージ圧):0.9MPa)。次いで、オートクレーブ内の温度を15分かけて250℃に昇温した。6時間250℃で保持した後、室温まで放冷し、オートクレーブ内のガスを放出して常圧に戻した後、反応溶液を回収した。水50mLを添加して混合してから遠心分離により触媒を除去し、上清をGCおよびHPLCにより分析した。結果を表1に示す。Comparative Example 2
Reaction of 3-oxoadipic acid with hydrogen and ammonia using the same raw materials, solvent, and catalyst as in Example 1 in the same manner as in Comparative Example 1. Stainless steel autoclave with a content of 0.1 L (pressure resistant glass industry) 3-Oxoadiponic acid 0.15 g, dioxane 50 mL (manufactured by Wako Junyaku Co., Ltd.), 5% Pd alumina powder (palladium, 5% on gumma alumina hydrogen, redened (manufactured by Alfa aeasar)) synthesized in Reference Example 1 )) 0.05 g and 0.2 g of 5% Pt alumina powder (manufactured by NE Chemcat) were added. After purging the inside of the autoclave with nitrogen, ammonia gas was added to adjust the internal pressure of the autoclave to 0.18 MPa (gauge pressure), and then the mixture was stirred at room temperature at 500 rpm for 45 minutes. Hydrogen was added while continuing stirring, and the internal pressure of the autoclave was adjusted to 0.72 MPa (gauge pressure) in terms of partial pressure of hydrogen (total pressure (gauge pressure): 0.9 MPa). Then, the temperature in the autoclave was raised to 250 ° C. over 15 minutes. After holding at 250 ° C. for 6 hours, the mixture was allowed to cool to room temperature, the gas in the autoclave was released to return to normal pressure, and then the reaction solution was recovered. 50 mL of water was added and mixed, the catalyst was removed by centrifugation and the supernatant was analyzed by GC and HPLC. The results are shown in Table 1.
参考例2
触媒の準備
硝酸パラジウム(Pd(NO3)2・2H2O(0.13g)を水10mLに溶解した水溶液に、酸化ニオブ(Nb2O5、和光純薬社製)1gを添加し、室温で3時間撹拌した。エバポレーターを用いて20mmHg、40℃で水分を蒸発させ、得られた粉末を110℃で一晩乾燥したのち、空気流通下、500℃で4時間焼成した。続いて該粉末を、水素流通下、400℃で2時間処理することにより、5%Pd担持酸化ニオブ(Pd/Nb2O5)を得た。ここで5%とは、原料仕込み時において、Pdと担体の重量の和に対するPdの割合が5重量%であることを意味する。同様に、担体に酸化タンタル(Ta2O5、和光純薬社製)、ジルコニア(ZrO2、JRC−ZRO−3、触媒学会参照触媒)を用いて、5%Pd担持酸化タンタル(Pd/Ta2O5)、5%Pd担持ジルコニア(Pd/ZrO2)を調製した。Reference example 2
Preparation nitrate palladium catalyst a (Pd (NO 3) 2 · 2H 2 O (0.13g) in aqueous solution dissolved in water 10 mL, niobium oxide (Nb 2 O 5, was added manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1 g, room temperature The water was evaporated at 20 mmHg and 40 ° C. using an evaporator, and the obtained powder was dried at 110 ° C. overnight and then fired at 500 ° C. for 4 hours under air flow. Was treated at 400 ° C. for 2 hours under hydrogen flow to obtain 5% Pd-supported niobium oxide (Pd / Nb 2 O 5 ). Here, 5% means that Pd and the carrier were charged at the time of raw material preparation. It means that the ratio of Pd to the sum of the weight is 5% by weight. Similarly, the carrier is tantalum oxide (Ta 2 O 5 , manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), zirconia (ZrO 2 , JRC-ZRO-3, catalyst). reference catalyst) using Society, 5% Pd supported tantalum oxide (Pd / Ta 2 O 5) , 5% Pd supported zirconia (Pd / ZrO 2) was prepared.
実施例2
触媒に参考例2で調製した5%Pd担持酸化ニオブ0.1gおよび5%Pt担持炭素(Platinum on carbon,5wt.% loading,matrix activated carbon support;シグマーアルドリッチ社製)0.03gを用いて、工程1の反応温度を30℃、反応時間を14.5時間にして、工程2で6時間250℃で保持した以外は実施例1と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 2
Using 0.1 g of 5% Pd-supported niobium oxide and 0.03 g of 5% Pt-supported carbon (Platinum on carbon, 5 wt.% Loading, matrix activated carbon support; manufactured by Sigma Aldrich) prepared in Reference Example 2 as a catalyst. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature in step 1 was set to 30 ° C. and the reaction time was set to 14.5 hours, and the reaction was held at 250 ° C. for 6 hours in step 2. The results are shown in Table 1.
実施例3
触媒に参考例2で調製した5%Pd担持酸化タンタル0.1gおよび5%Pt担持炭素0.025gを用いて、工程1の反応時間を19時間にして、工程2で4時間250℃で保持した以外は実施例2と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 3
Using 0.1 g of 5% Pd-supported tantalum oxide and 0.025 g of 5% Pt-supported carbon prepared in Reference Example 2 as a catalyst, the reaction time in step 1 was set to 19 hours, and the reaction time in step 2 was maintained at 250 ° C. for 4 hours. The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that. The results are shown in Table 1.
実施例4
5%Pd担持酸化ニオブの代わりに参考例2で調製した5%Pd担持ジルコニア0.1gを用いて、溶媒にジオキサンの代わりに1,2−ジメトキシエタン(和光純薬社製)を用いて、工程1の反応時間を18時間にして、工程2で5時間250℃で保持した以外は実施例2と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 4
Using 0.1 g of 5% Pd-supported zirconia prepared in Reference Example 2 in place of 5% Pd-supported niobium oxide, and using 1,2-dimethoxyethane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) as a solvent instead of dioxane, The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the reaction time of step 1 was set to 18 hours and the reaction was held at 250 ° C. for 5 hours in step 2. The results are shown in Table 1.
実施例5
触媒にPalladium,5% on gamma alumina powder,reduced(Alfa aesar社製)0.1gおよび5%Pt担持炭素0.05gを用いて、工程1の反応時間を14.5時間にして、工程2でオートクレーブ内の温度を15分かけて180℃まで昇温して1時間保持した後、8分かけて250℃まで昇温し、4.7時間250℃で保持した以外は実施例2と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 5
Using Palladium, 5% on gumma aluminum powder, reducated (manufactured by Alfa Aesar) 0.1 g and 5% Pt-supported carbon 0.05 g as the catalyst, the reaction time of step 1 was set to 14.5 hours, and in step 2. The temperature in the autoclave was raised to 180 ° C. over 15 minutes and held for 1 hour, then raised to 250 ° C. over 8 minutes and held at 250 ° C. for 4.7 hours, as in Example 2. The reaction was carried out by the method. The results are shown in Table 1.
実施例6
触媒に5%Pd担持酸化ニオブ0.2gおよび5%Pt担持炭素0.05gを用いて、工程1の反応時間を16時間にして、工程2でオートクレーブ内の温度を15分かけて180℃まで昇温して2時間保持した後、8分かけて250℃まで昇温し、8時間250℃で保持した以外は実施例2と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 6
Using 0.2 g of 5% Pd-supported niobium oxide and 0.05 g of 5% Pt-supported carbon as the catalyst, the reaction time in step 1 was set to 16 hours, and the temperature in the autoclave was raised to 180 ° C. over 15 minutes in step 2. After the temperature was raised and held for 2 hours, the temperature was raised to 250 ° C. over 8 minutes, and the reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that the temperature was raised to 250 ° C. for 8 hours. The results are shown in Table 1.
実施例7
工程2でオートクレーブ内の温度を10分かけて150℃まで昇温して1時間保持した後、8分かけて200℃まで昇温して1時間保持した後、8分かけて250℃まで昇温し、20時間250℃で保持した以外は実施例6と同様な方法で反応を行った。結果を表1に示す。Example 7
In step 2, the temperature inside the autoclave was raised to 150 ° C. over 10 minutes and held for 1 hour, then raised to 200 ° C. over 8 minutes and held for 1 hour, and then raised to 250 ° C. over 8 minutes. The reaction was carried out in the same manner as in Example 6 except that the mixture was warmed and kept at 250 ° C. for 20 hours. The results are shown in Table 1.
実施例8
内容量0.2Lのステンレス製オートクレーブ(耐圧ガラス工業社製)、3−オキソアジピン酸0.3g、ジオキサン100mL(関東化学社製)、Palladium,5% on gamma alumina powder,reduced(Alfa Aesar社製)0.1gおよび5%Pt担持炭素(エヌ・イー ケムキャット社製)0.2gを用いて、工程1において、水素ガス内圧を1.45MPa(ゲージ圧)、30℃において、1000rpmで7時間攪拌したことと、工程2においてアンモニアガス内圧を0.05MPa(ゲージ圧)とし、撹拌速度を1000rpmとし、水素分圧1.45MPa(ゲージ圧)とし(全圧(ゲージ圧):1.5MPa)、オートクレーブ内の温度を1時間かけて250℃に昇温し、3時間250℃で保持した以外は実施例1と同様に反応を行った。結果を表1に示す。
Example 8
0.2L stainless steel autoclave (manufactured by Pressure Resistant Glass Industry Co., Ltd.), 3-oxoadipic acid 0.3g, dioxane 100mL (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), Palladium, 5% on gamma aluminum hydrogen, reduced (manufactured by Alfa Aesar) ) with 0.1g and 5% Pt on carbon containing (manufactured by NE Chemcat Co.) 0.2 g, at step 1, 1.45 MPa of hydrogen gas pressure (gauge pressure) at 30 ° C., 7 hours at 1000rpm After stirring, the internal pressure of ammonia gas was set to 0.05 MPa (gauge pressure), the stirring speed was set to 1000 rpm, and the hydrogen partial pressure was set to 1.45 MPa (gauge pressure) in step 2 (total pressure (gauge pressure): 1.5 MPa). The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the temperature in the autoclave was raised to 250 ° C. over 1 hour and kept at 250 ° C. for 3 hours. The results are shown in Table 1.
実施例9
3−オキソアジピン酸を、水素存在下において触媒および溶媒と混合することによる、3−ヒドロキシアジピン酸の製造
内容量30mLのステンレス製オートクレーブ(耐圧ガラス工業社製)に、参考例で合成した3−オキソアジピン酸16mg、水10mL、5%Pt担持炭素(Platinum on carbon,5wt.% loading,matrix activated carbon support;シグマーアルドリッチ社製)10mgを添加した。オートクレーブ内を窒素でパージしたのち、水素ガスをオートクレーブの内圧が0.9MPa(ゲージ圧)となるように添加した後、室温下、500rpmで1時間攪拌することにより反応を行った。オートクレーブ内のガスを放出して常圧に戻した。反応溶液をHPLCにより分析した。結果を表2に示す。Example 9
Production of 3-hydroxyadipic acid by mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen 3-Synthesized as a reference example in a stainless steel autoclave (manufactured by Pressure Resistant Glass Industry Co., Ltd.) with an internal volume of 30 mL 16 mg of oxoadipic acid, 10 mL of water, and 10 mg of 5% Pt-supported carbon (Platinum on carbon, 5 wt.% Loading, catalyst activated carbon support; manufactured by Sigma Aldrich) were added. After purging the inside of the autoclave with nitrogen, hydrogen gas was added so that the internal pressure of the autoclave was 0.9 MPa (gauge pressure), and then the reaction was carried out by stirring at 500 rpm for 1 hour at room temperature. The gas in the autoclave was released and returned to normal pressure. The reaction solution was analyzed by HPLC. The results are shown in Table 2.
実施例10
反応温度を40℃にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 10
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the reaction temperature was set to 40 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例11
反応温度を60℃にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 11
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the reaction temperature was set to 60 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例12
反応温度を80℃にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 12
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the reaction temperature was set to 80 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例13
触媒に5%Pt担持アルミナ(エヌ・イー ケムキャット社製)を用いて、反応時間を24時間にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 13
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the reaction time was set to 24 hours using 5% Pt-supported alumina (manufactured by N.E. Chemcat) as a catalyst. The results are shown in Table 2.
実施例14
溶媒をジオキサン(和光純薬社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 14
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was dioxane (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例15
反応温度を40℃にした以外は、実施例14と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 15
The reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that the reaction temperature was set to 40 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例16
反応温度を60℃にした以外は、実施例14と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 16
The reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that the reaction temperature was set to 60 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例17
反応温度を80℃にした以外は、実施例14と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 17
The reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that the reaction temperature was set to 80 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例18
反応温度を120℃にした以外は、実施例14と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 18
The reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that the reaction temperature was set to 120 ° C. The results are shown in Table 2.
実施例19
溶媒をテトラヒドロフラン(和光純薬社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 19
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was tetrahydrofuran (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例20
溶媒を酢酸エチル(和光純薬社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 20
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was ethyl acetate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例21
溶媒をメタノール(国産化学社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 21
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was methanol (manufactured by Kokusan Kagaku Co., Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例22
溶媒をイソプロパノール(和光純薬社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 22
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was isopropanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例23
溶媒をtert−ブチルアルコール(和光純薬社製)にした以外は、実施例9と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 23
The reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the solvent was tert-butyl alcohol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). The results are shown in Table 2.
実施例24
触媒に5%Rh担持炭素(Rhodium on carbon,5wt.% loading;シグマーアルドリッチ社製)を用いた以外は、実施例14と同様に反応を行った。結果を表2に示す。Example 24
The reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that 5% Rh-supported carbon (Rhodium on carbon, 5 wt.% Loading; manufactured by Sigma-Aldrich) was used as a catalyst. The results are shown in Table 2.
実施例1−8では、3−オキソアジピン酸を水素存在下において触媒および溶媒と混合する工程(工程1)と、工程1の生成物を水素およびアンモニアと反応させる工程(工程2)を実施することにより、3−オキソアジピン酸からε−カプロラクタムを得ることができた。また、工程1により、3−オキソアジピン酸から3−ヒドロキシアジピン酸が得られ、工程2において3−ヒドロキシアジピン酸が消費されてε−カプロラクタムが得られたことから、3−ヒドロキシアジピン酸が本発明の製造方法における中間体であることが分かった。 In Examples 1-8, a step of mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen (step 1) and a step of reacting the product of step 1 with hydrogen and ammonia (step 2) are carried out. As a result, ε-caprolactam could be obtained from 3-oxoadipic acid. Further, in step 1, 3-hydroxyadipic acid was obtained from 3-oxoadipic acid, and in step 2, 3-hydroxyadipic acid was consumed to obtain ε-caprolactam. It was found to be an intermediate in the production method of the invention.
一方、比較例1では、特許文献3に記載の方法のように、3−オキソアジピン酸を最初からアンモニアが共存する条件で水素と反応させたが、ε−カプロラクタムは生成しなかった。 On the other hand, in Comparative Example 1, 3-oxoadipic acid was reacted with hydrogen from the beginning under the condition that ammonia coexisted as in the method described in Patent Document 3, but ε-caprolactam was not produced.
また、比較例2より、実施例1と同じ触媒、溶媒を用いても、特許文献3に記載の方法と同様に3−オキソアジピン酸を最初からアンモニアが共存する条件で水素と反応させた場合には、ε−カプロラクタムが生成しなかった Further, from Comparative Example 2, even if the same catalyst and solvent as in Example 1 are used, 3-oxoadipic acid is reacted with hydrogen under the condition that ammonia coexists from the beginning as in the method described in Patent Document 3. Did not produce ε-caprolactam
以上のことから、3−オキソアジピン酸を原料として用いる場合、アンモニアが共存しない条件である工程1を行い、中間体として3−ヒドロキシアジピン酸を得た後に、アンモニアが共存する条件である工程2を実施することが重要であることが示された。 From the above, when 3-oxoadipic acid is used as a raw material, step 1 is performed under the condition that ammonia does not coexist, and step 2 is a condition under which ammonia coexists after obtaining 3-hydroxyadipic acid as an intermediate. It was shown that it is important to carry out.
実施例9−24より、3−オキソアジピン酸を、水素存在下において、触媒および溶媒と混合することにより、3−ヒドロキシアジピン酸を製造できることが示された。 From Examples 9-24, it was shown that 3-hydroxyadipic acid can be produced by mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst and a solvent in the presence of hydrogen.
実施例9−12より、3−オキソアジピン酸を、水素存在下、水系溶媒中、反応温度0℃以上50℃以下の条件において触媒と混合することにより、レブリン酸の副生を抑制しつつ、3−ヒドロキシアジピン酸を製造できることが示された。 From Example 9-12, by mixing 3-oxoadipic acid with a catalyst in the presence of hydrogen in an aqueous solvent under the conditions of a reaction temperature of 0 ° C. or higher and 50 ° C. or lower, while suppressing the by-production of levulinic acid, It was shown that 3-hydroxyadipic acid can be produced.
実施例13−16、19および20より、3−オキソアジピン酸を、水素存在下、極性値0以上0.3以下の有機溶媒中、反応温度0℃以上75℃未満の条件において触媒と混合することにより、レブリン酸の副生を抑制しつつ、3−ヒドロキシアジピン酸を製造できることが示された。 From Examples 13-16, 19 and 20, 3-oxoadipic acid is mixed with a catalyst in the presence of hydrogen in an organic solvent having a polarity value of 0 or more and 0.3 or less under a reaction temperature of 0 ° C. or more and less than 75 ° C. This showed that 3-hydroxyadipic acid could be produced while suppressing the by-production of levulinic acid.
Claims (11)
(i)水系溶媒中、反応温度0℃以上50℃以下
(ii)極性値0以上0.3以下の有機溶媒中、反応温度0℃以上75℃未満 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the step 1 is performed under the conditions shown in (i) or (ii) below.
(I) Reaction temperature 0 ° C or higher and 50 ° C or lower in an aqueous solvent (ii) Reaction temperature 0 ° C or higher and lower than 75 ° C in an organic solvent with a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower.
(i)水系溶媒中、反応温度0℃以上50℃以下
(ii)極性値0以上0.3以下の有機溶媒中、反応温度0℃以上75℃未満 Mixing at least one selected from the group consisting of 3-oxoadipic acid and salts thereof with the catalyst in the presence of hydrogen and in the substantially absence of ammonia under the conditions shown in (i) or (ii) below. 3-Hydroxyadipic acid production method.
(I) Reaction temperature 0 ° C or higher and 50 ° C or lower in an aqueous solvent (ii) Reaction temperature 0 ° C or higher and lower than 75 ° C in an organic solvent with a polarity value of 0 or higher and 0.3 or lower.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015179243 | 2015-09-11 | ||
| JP2015179243 | 2015-09-11 | ||
| PCT/JP2016/076389 WO2017043560A1 (en) | 2015-09-11 | 2016-09-08 | METHOD FOR PRODUCING ε-CAPROLACTAM |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2017043560A1 JPWO2017043560A1 (en) | 2018-06-21 |
| JP6786052B2 true JP6786052B2 (en) | 2020-11-18 |
Family
ID=58240783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016564094A Expired - Fee Related JP6786052B2 (en) | 2015-09-11 | 2016-09-08 | Manufacturing method of ε-caprolactam |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10364218B2 (en) |
| EP (1) | EP3348544A4 (en) |
| JP (1) | JP6786052B2 (en) |
| CN (1) | CN108026048A (en) |
| CA (1) | CA2998303A1 (en) |
| TW (1) | TW201718088A (en) |
| WO (1) | WO2017043560A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102703720B1 (en) * | 2018-07-20 | 2024-09-06 | 삼성전자주식회사 | Condensed cyclic compound, composition including the same and organic light emitting device including the same |
| EP4237398A1 (en) * | 2020-10-30 | 2023-09-06 | Dow Global Technologies LLC | Processes for producing an ether |
| CN113156003A (en) * | 2021-04-01 | 2021-07-23 | 河北利德检测技术有限公司 | Method for detecting tert-butylamine in arotinolol hydrochloride |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB0325384D0 (en) | 2003-10-30 | 2003-12-03 | Davy Process Techn Ltd | Process |
| AU2009224087B2 (en) * | 2008-03-11 | 2015-04-16 | Genomatica, Inc. | Adipate ester or thioester synthesis |
| ES2656790T3 (en) | 2008-03-27 | 2018-02-28 | Genomatica, Inc. | Microorganisms for the production of adipic acid and other compounds |
| BR112012016855A2 (en) | 2010-01-08 | 2015-09-15 | Amyris Inc | "methods for producing isomers of muconic acid and muconate salts". |
| JP2012000059A (en) | 2010-06-17 | 2012-01-05 | Toyota Industries Corp | FERMENTATIVE PRODUCTION OF MUCONOLACTONE, β-KETOADIPIC ACID AND/OR LEVULINIC ACID |
| WO2012141993A1 (en) * | 2011-04-09 | 2012-10-18 | Amyris, Inc. | Process for preparing hexamethylenediamine and polyamides therefrom |
| WO2013126250A1 (en) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | Rennovia, Inc. | Production of caprolactam from adipic acid |
| US20150225329A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-08-13 | Bioamber Inc. | Alternative pathways to adipic acid by combined fermentation and catalytic methods |
| WO2015042201A2 (en) * | 2013-09-17 | 2015-03-26 | Zymochem Inc. | A high yield route for the production of compounds from renewable sources |
| ES2776439T3 (en) | 2014-10-30 | 2020-07-30 | Toray Industries | Procedure to produce epsilon-caprolactam |
-
2016
- 2016-09-08 EP EP16844421.4A patent/EP3348544A4/en not_active Withdrawn
- 2016-09-08 US US15/758,664 patent/US10364218B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-09-08 JP JP2016564094A patent/JP6786052B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2016-09-08 WO PCT/JP2016/076389 patent/WO2017043560A1/en not_active Ceased
- 2016-09-08 CA CA2998303A patent/CA2998303A1/en not_active Abandoned
- 2016-09-08 CN CN201680052642.3A patent/CN108026048A/en active Pending
- 2016-09-08 TW TW105129042A patent/TW201718088A/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US10364218B2 (en) | 2019-07-30 |
| CA2998303A1 (en) | 2017-03-16 |
| TW201718088A (en) | 2017-06-01 |
| JPWO2017043560A1 (en) | 2018-06-21 |
| CN108026048A (en) | 2018-05-11 |
| EP3348544A1 (en) | 2018-07-18 |
| EP3348544A4 (en) | 2019-03-27 |
| US20180237389A1 (en) | 2018-08-23 |
| WO2017043560A1 (en) | 2017-03-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6672792B2 (en) | Method for producing ε-caprolactam | |
| US20120323042A1 (en) | Catalysed phenol hydrogenation | |
| EP3233817B1 (en) | Improved process for the preparation of a benzene compound | |
| JP7125674B2 (en) | Method for producing ε-caprolactam | |
| JP6786052B2 (en) | Manufacturing method of ε-caprolactam | |
| JP2015517977A (en) | Production of caprolactam from adipic acid. | |
| WO2007099111A1 (en) | A hydrogenation process for the conversion of a carboxylic acid or an ester having a carbonyl group | |
| TW200922930A (en) | Process for one-stage preparation of 2-methyltetrahydrofuran from furfural over a catalyst | |
| JP6672941B2 (en) | Method for producing furan compound and furfural composition | |
| EP0277562A2 (en) | Hydrogenation of citric acid and substituted citric acids to 3-substituted tetrahydrofuran, 3- and 4-substituted butyrolactones and mixtures thereof | |
| CN113631678B (en) | Methods and catalysts for the selective hydrogenation of compounds having carbonyl carbon atoms | |
| US6429319B1 (en) | Continuous process for the production of optically pure (S)-beta-hydroxy-gamma-butyrolactone | |
| JP2001302650A (en) | Production method of epoxycyclododecane | |
| US20060100449A1 (en) | Integrated two-step process for the production of gamma-methyl-alpha-methylene-gamma-butyrolactone from levulinic acid and hydrogen | |
| WO2004026223A2 (en) | CONTINUOUS PROCESS FOR THE PRODUCTION OF OPTICALLY PURE (S)-β HYDROXY-Ϝ-BUTYROLACTONE | |
| WO2013102634A1 (en) | Method for preparation of octahydrocyclopenta[c]pyrrole | |
| JP2014070036A (en) | Method of producing 1,8-tetralin dicarboxylic anhydride | |
| HK1213882A1 (en) | Process and intermediates for the preparation of pregabalin | |
| KR20040020227A (en) | Praparation of gamma-butyrolactone using noble metal catalyst | |
| JP2013107834A (en) | Method for producing lactones |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161031 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190902 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190902 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200715 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200908 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200928 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201011 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6786052 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |